分段式风电叶片研究进展和发展趋势-北极星风力发电网

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摘要:分段式风电叶片是解决长叶片运输和制造困难的有效方法｡综述了分段式风电叶片相关的基础研究和技术发展概况,分析了大型复合材料分段式叶片的连接构造特点,展望了分段式风电叶片技术和应用发展趋势｡

关键词:分段式叶片;螺栓连接;胶接连接;复合材料

引言

自工业革命以来,化石能源对人类文明进步起到了巨大的推动作用,极大地改善了人类的生产生活条件,同时,人口的膨胀和化石能源的过度使用使得其负面效应逐渐显现,频繁的自然灾害､全球性的气候变化加剧了人类对化石能源使用的担忧｡清洁､可再生能源作为替代能源受到越来越多国家的重视,发达国家更是把清洁､可再生能源提升到战略的高度,提出了长期的优惠政策和技术支持计划｡风能作为新能源中的一员,具有容量大､技术相对成熟的优势,近年来在各国政府的大力支持下得到了快速发展｡为了提高能量捕获效率,风力机单机容量越来越大,从20年前的500kW发展到如今的8MW商业风力机[1]｡

2016年6月,LM风能公司完成了世界上最长(88.4m)的商业风力机叶片的生产｡然而,在制造过程中,如此长的叶片势必带来诸多工艺和工装上的困难,更会给叶片运输带来极大的不便｡超长叶片对其模具刚度､加工精度､翻转机构的载重都提出了很高的要求,同时大型叶片表面积大､局部复合材料铺层很厚,这对现有的叶片成型工艺提出了严峻的挑战,稍有不慎,整个叶片面临报废的风险;在运输方面,出于安全考虑,世界各国铁路､公路管理部门对运载货物的长度､高度等都有一定的限制,而大型风电叶片长度为几十米或更长,这些都属于超限的范围｡

学者[2]认为当叶片的长度超过50m,叶片的运输成本就非常突出,很多交通不便的偏远地方,大型叶片运输成本更加高昂,有些地区甚至无法送达｡为了解决大型风力机长叶片的制造和运输难题,分段式叶片应运而生｡大型风力机采用分段式叶片,可以充分利用现有的设备和技术条件生产更长的叶片,降低了叶片生产对工艺､设备和工装的要求｡叶片分段后长度变为原来的一半或者更短,运输难度和成本显著降低[3],采用多段式叶片还可以降低现场吊装的难度｡由此可见,在长叶片上采用分段连接技术对推进风能的高效利用､提高其经济效益具有重要意义｡

分段式叶片连接形式的特点

大型风力机叶片通常采用聚合物基复合材料制造,除了常规的气动和结构设计外,分段式叶片还需要进行叶片的连接设计,尽管复合材料具有比强度大､疲劳性能优越以及良好的可设计性等优点,但其纤维连续性与多组分特有的结构给连接设计带来了很大的难度[4,5]｡选择一种综合性能优异的连接形式对后期设计与研究至关重要｡学者们[3,6]对几种常用的连接形式的性能指标做了综合评价,在评价连接性能时,对每种性能进行了量化评分,每项最高为10分,并指定各项指标的权重,其各项得分及综合总分如表1所示｡

注:括号内的数据参考文献[3],括号外的数据参考文献[5]｡

由表1可知,T型螺栓连接和管式连接构造具有较优的综合性能,由于拆分和现场施工的影响,胶接连接不受青睐,预埋螺栓套双法兰的连接形式因增重过多而不具有成本优势｡因此,T型螺栓､管式连接以及预埋螺栓套双头螺柱连接构造具有较好的应用前景｡

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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